Электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин (заряда, силы тока, напряжения, напряженности, магнитной индукции и др.) в электрической цепи.
Для возбуждения и поддержания электромагнитных колебаний требуются определенные системы, простейшей из которых является колебательный контур — цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R (это может быть сопротивление провода катушки и проводов, соединяющих катушку с конденсатором). Идеальный контур Томсона — колебательный контур без активного сопротивления (R = 0).
q, i
Электромагнитные
колебания
T
q
i
T
Электромагнитные колебания — это
периодические изменения со временем
электрических и магнитных величин (заряда,
силы тока, напряжения, напряжённости,
магнитной индукции и др.) в электрической
цепи.
Колебательный контур — цепь,
состоящая из включённых
последовательно катушки
индуктивностью L, конденсатора
ёмкостью С и резистора
сопротивлением R.
C
L
R
Идеальный контур Томсона —
колебательный контур без
активного сопротивления (R = 0).
C
L
Лейденская
банка
Замыкали обкладки лейденской
банки с помощью проволочной
катушки;
Обнаруживали, что стальные
спицы внутри катушки
намагничиваются.
Удивительным было то, что
невозможно было предсказать,
какой конец сердечника
катушки окажется северным
полюсом, а какой – южным.
Немецкий учёный. Занимался
проблемами электродинамики,
создал колебательный контур,
состоящий из индуктивности и
ёмкости.
Гельмгольц Герман Людвиг
1821–1894 гг.
L
-
+
C
-
I
Начальное
состояние
Конденсатор
заряжен
Конденсатор
+
-
Конденсатор
разряжается
+
-
Конденсатор
перезарядилс
я
+
Конденсатор
перезаряжается
током
самоиндукции
катушки
Ii
Ii
Конденсатор
перезаряжается
током
самоиндукции
-
+
Конденсатор
перезарядилс
я
I
-
+
Конденсатор
разряжается
L
I
L
L
C
-
C
q
+
C
+
q
-
I
C
L
L
C
-
q
+
Осциллограф – прибор, который
позволяет обнаружить наличие
колебаний.
Электронно-лучевая трубка
осциллографа
Вертикальные
отклоняющиеся
пластины
Подогреватель
Като
д
Модулятор
Анод
Горизонтальны
е
отклоняющиеся
пластины
Люминесцентны
й
экран
График пилообразного
напряжения
T
t
U
0
Вертикальные
отклоняющиеся
пластины
Люминесцентны
й
экран
Подогревател
ь
Като
д
Модулятор
Анод
Горизонтальны
е
отклоняющиеся
пластины
График напряжения, подаваемого
на
вертикально отклоняющие
пластины трубки
U
0
t
Свободные
колебания
+
+ + +
Свободными колебаниями называются
колебания,
которые возникают в системе, выведенной из
состояния равновесия, только за счёт внутренних
сил.
+
-
q
-q
C
L
R
1
K
2
Вынужденные электромагнитные
колебания – это колебания, которые
возникают в цепи под действием внешней
периодической электродвижущей силы.
C
L
Система, в которой могут
осуществляться свободные
электромагнитные колебания,
называется колебательным контуром.
– энергия
электрического
поля конденсатора
где q — заряд конденсатора;
С — его электроёмкость.
1
2
q
+ + +
--
-
-q
– энергия магнитного поля
катушки
где I — сила переменного
тока;
L — индуктивность катушки.
1
2
q
+ + +
--
-
-q
L
L
L
I=0
C
+
-
C
-
C
+
U
I
0
0
Напряжение
на
конденсаторе
Ток в
катушке
t
t
Полная энергия электромагнитного
поля контура
В момент, когда конденсатор
полностью разрядится, энергия
электрического поля станет равной
нулю. Энергия же магнитного поля
тока, согласно закону сохранения
энергии, будет максимальной. В этот
момент сила тока также достигнет
максимального значения.
C
L
R
Qm
+
0
1
Qm
Um
0
q
+
i
2
q2
u2
i2
We max
0
We2
Wm2
Im
0
3
0
0
Im
0
i
+
q
4
q4
u4
i4
We4
+
Qm
0
5
Qm
Um
Um
+
q
i
6
q6
u6
i6
We max We6
Im
0
7
0
0
Im
0
Wm max
Wm max
0
Wm6
Wm max
We max
We2 + Wm2 Wm max
We4 + Wm4 We max We6 + Wm6 Wm max
q
U
i
We
Wm
W